CN107850062A

CN107850062A - 真空泵系统

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Publication number: CN107850062A
Application number: CN201680025077.1A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·德赖费特; 罗兰·穆勒; 马克斯·佩利坎; 德克·席勒; 丹尼尔·施奈登巴赫; 德克·施特拉特曼
Original assignee: Leybold GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2018-03-27
Also published as: JP2018518623A; KR20180026369A; US20180112666A1; WO2016207106A1; EP3280915A1; JP6775527B2; DE202015004596U1

Abstract

一种真空泵系统(4、5、6)，其包含多个彼此并联连接并且各自在入口侧连接到腔室(40、50、60)的真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)，其具有在真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的出口侧连接的出口管线(41)，以及将至少一个真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的入口侧连接到出口管线(41)的中间管线(42)，其特征在于在抽出期间所有真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)是并联连接的，并且在空闲期间真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的至少一个与其他的真空泵串联连接作为前级泵。

Description

真空泵系统

本发明涉及一种真空泵系统，其用于抽空腔室，特别是处理腔或者是锁止腔。

从现有技术中可知用于定期抽空大型腔室的真空泵系统，如图1中所示。通常地，以干燥压缩方式运行的真空泵用于这个目的。一般说来，这些是前级泵的组合，例如螺旋泵、爪型泵或者多级Roots泵以及并联Roots泵。在大型泵系统中，多个泵以及多个Roots泵并联连接。

这种泵系统通常用于锁止腔中，例如在涂覆设备中的装载锁或者卸载锁。在这些设备中，腔室必须在很短的时间内从大气压抽降到通常大约在0.1毫巴到10毫巴的传送压力，例如20s到120s的抽降时期。随后，真空泵通过在入口侧的阀门与要抽空的腔室分离，并且在排气压力操作中运行一段时间，通常是抽出时间的1到10倍。

另外典型的应用是用于热处理或者金属的精制的大型处理腔。在这种情况下，典型的抽出时期是2到30分钟。此后，必须继续抽出低气流，然而其显著小于用于实现抽出时期所需的气流。用于该运行压力的典型的保持时期为抽出时期的2到10倍。

在这种应用中，真空泵系统的尺寸必须非常大，以用于实现较短的抽出时期。然而在空闲时期和/或在保持时期，泵系统的大的抽吸能力不是必需的。因此，在空闲时期和/或在保持时期，泵的不必要的高能量消耗是需要的。

已知有不同的方法用于在空闲时期和/或保持时期减少泵系统的高能量消耗。

一些具有前级泵和/或Roots泵的泵系统会暂时关闭。在这种情况下，不利的是泵会冷却，其对组件的使用寿命具有负面影响。此外，内衬可能会粘在一起并且阻挡转子。在短的空闲时期和/或保持时期时，泵必须频繁地再次加速，其需要更多能量以及更大尺寸的电动机。因此关闭泵不是常规做法。

此外，从现有技术中可知，一个附加的小型辅助泵在每个前级泵的出口侧串联连接，如图3中所示。其可以是例如喷射泵或者另一个较小的前级泵。通常地，必须布置与辅助泵平行的具有足够横截面的转换阀或者止回阀，以避免在抽出时期在前级泵和辅助泵之间过高的压力。这些解决方法由于大量附加的泵是不利的。此外，例如喷射泵的非常小的辅助泵，举例来说，不能足够快速地减少前级泵的出口压力，以在短的空闲时期和/或保持时期达到足够的能量节省。此外，辅助泵需要能量用于运转。

从现有技术中已知的另一解决方法为在前级泵的出口侧另外布置少量的大的前级泵作为大的辅助泵，如图2中所示。它们通过管线系统与前级泵串联连接。在这种情况下，至少一个具有足够横截面的阀门通常也必须地平行于辅助泵布置，以避免在抽出时期在前级泵和辅助泵之间的高压力。该方法由于额外的购买和运行成本以及辅助泵所需的空间是不利的。

本发明的目的是提供一种改进的泵系统，其消耗更少的功率，特别是在空闲时期和保持时期消耗更少的功率。

该目的通过具有多个真空泵的泵系统实现，多个真空泵彼此并联连接并且各自在它们的入口侧连接到腔室，如图4中所示。泵系统还包含连接到真空泵的出口侧的出口管线。此外，泵系统包含将至少一个真空泵的入口侧与出口侧连接的中间管线。在抽出时期，所有的真空泵并联连接，并且在空闲时期和/或保持时期，至少一个真空泵与其他的真空泵串联连接作为前级泵。

在抽出时期，由于泵系统的所有真空泵并联连接，因此全部抽吸能力用于抽出过程。真空泵系统还包含在入口侧到腔室的连接中以及在中间管线中的转换装置。这些转换装置可以包含例如阀门。因此在空闲时期和/或保持时期，一个真空泵可以与其他的真空泵串联连接作为前级泵。这通过转换装置的相应布置来实现，使得它们以使得真空泵以不同的方式彼此串联连接或者并联连接的方式阻挡或者释放连接。因此，真空泵的出口压力迅速降低并且功率消耗会大大减少。然而，泵继续运行使得它们能够用于下一次抽出循环，而没有任何时间的损失。

因此不需要关闭某些泵，使得泵保持温度并且继续完全可操作。驱动器的另一个优点是不需要设计成用于频繁加速并且不需要额外的泵。根据本发明的用于泵系统的附加费用仅限于相对小尺寸的管道以及转换装置，例如阀门，以及对泵控制单元的修改。

由于泵系统的能量消耗减少，泵在相对冷的状态下运行，使得正常磨损部件的使用寿命显著地增加，例如在驱动单元中的油、轴承、密封件、功率电子器件。另外，由于减少的余热导致能量消耗减少，因此安装地点的空调系统和泵的冷却的成本减少。由于在操作期间在出口处的压力减少也避免了在泵中的蒸气的冷凝，从而可以减少由腐蚀引起的损坏。

在至少一个真空泵可以串联连接作为前级泵的情况下，可以获得非常低的排气压力和/或操作压力。

因此，可以在没有任何附加的泵的情况下实现特定的处理步骤。例如，因为泄漏检测通常需要低的操作压力，因此在实际的处理操作之前在设备中的泄漏检测是可能的。根据本发明，在空闲时期和/或保持时期实现泵系统的声级的降低，因为大多数泵在负载减少的情况下具有较低的噪声发射。

根据本发明的泵系统允许高的冗余度，因为即使在这样的组中的个别泵失效，依然允许过程继续。因此，即使没有任何的辅助泵，全部的泵可以完成它们的任务。此外，多个泵可以以它们可以作为辅助泵的方式合并。除了功耗降低并由此降低运行成本之外，还提高了根据本发明的这种应用的CO₂排放量。

对于根据本发明的操作，特别优选的是串联连接作为前级泵的真空泵满足某些技术要求。特别优选的是这些真空泵是密封的，使得它们可以在极大降低的出口压力下可靠地运行，而没有任何气体或者油泄漏。在空闲时期和/或保持时期，前级泵的出口压力特别优选的在10毫巴到500毫巴的范围内。此外，特别优选的是泵的热行为在极大降低的出口压力下可靠地允许运行。这方面特别涉及轴承的间隙高度、油粘度和润滑。

此外，特别优选的是将油润滑空间密封到工作空间，使得即使在非常快速的循环中也不会发生强烈的油扩散。此外，轴密封件优选地构造为使得它们不会过早地遭受由快速变化的压力差引起的磨损。在这方面的一个可能性为在油润滑空间和包含油分离器的工作空间之间使用补偿管线。

在下面的附图中示出另外的有利的构造和修改。然而，各自的结果特征并不限于个别附图或构造。相反，上面描述的一个或者多个特征可以与附图的单个或者多个特征组合，以用于提供另外的修改。

在附图中：

图1到图3示出根据现有技术的示例的实施例，以及

图4到图6示出根据本发明的示例性实施例。

图1示出了具有锁止腔10和并联的泵P1-P5的真空泵系统1，其中每个泵在它的入口侧与锁止腔连接。此外，真空泵系统1包含阀门V1-V5，通过它们可以将泵P1-P5的泵入口到锁止腔10的连接断开。所示出的真空泵系统通过现有技术可知。在抽出时期，阀门V1-V5打开。泵P1-P5在抽出时期消耗大量功率并且以全速运行。锁止腔中的压力持续下降。

在空闲时期，阀门V1-V5关闭并且泵P1-P5以全速运行，其中功率消耗基本上对应于在排气压力下操作的功率消耗并且继续相对较高。锁止腔中的压力与传送压力相等。

在保持期间，阀门V1-V5打开并且泵P1-P5在低操作压力下运行。

图2中示出的真空泵系统通过现有技术可知。该真空泵系统通过相对大尺寸的辅助泵P26以及止回阀CV1-CV5延伸。

并联连接的泵P21-P25与腔室20连接。在抽出时期，阀门V21-V25以及止回阀CV21-CV25均打开。附加的辅助泵P26的入口压力大约与辅助泵的出口压力相等。

在空闲时期，阀门V21-V25关闭。随后，止回阀CV21-CV25也关闭。在该操作时期，辅助泵P26的入口压力显著小于辅助泵P26的出口压力。

图3示出了用于锁止腔30的真空泵系统的现有技术构造，其具有小辅助泵P33和P34。举例来说，可以选择喷射泵作为辅助泵。

在抽出时期，阀门V31和V32以及止回阀CV31和CV32打开。辅助泵P33和P34的入口压力大约与辅助泵P33和P34的出口压力相等。

在泵系统3的空闲时期，阀门V31和V32关闭。

在空闲时期，止回阀CV31和CV32也关闭。在空闲时期，辅助泵P33和P34的出口压力要显著大于这些辅助泵P33和P34的入口压力。

图4到图6示出根据本发明的真空泵的构造。

图4中示出的真空泵系统包含5个并联的真空泵P41、P42、P43、P44、P45。真空泵P41、P42、P43、P44、P45的入口与真空腔室40连接。在各真空泵P41、P42、P43、P44、P45之间提供阀门V41、V42、V43、V44、V45。泵P41、P42、P43、P44、P45的出口侧通过止回阀CV41、CV42、CV43、CV44、CV45与公共出口41连接。

在图4的真空泵系统的示例性实施例中，在其中布置有阀门V46的连接管线42中，泵P41可以与P42、P43、P44、P45串联连接。

用作前级泵或者辅助泵的真空泵P41与其他的真空泵相比通常可以设计得更小。因此，进一步减少在空闲时期和/或保持时期的功率消耗。图4示出了在抽出时期，阀门V41-V45打开并且阀门V46关闭的真空泵系统。此外，在抽出时期止回阀CV41-CV45打开。

在空闲时期，阀门V41-V45关闭，阀门V46打开。只要泵系统由泵41进行抽气，止回阀CV41也在该操作时期打开。此后它关闭。在空闲时期，止回阀CV42-CV45关闭。在一些示例性实施例中，在空闲状态下功率消耗的减少高达40％。特别地，作为前级泵的真空泵的所述串联连接还可以用于提高轻质气体的供给。此外，该泵连接还可以用于调节腔室压力或者过程气流。辅助泵确保可靠地达到操作压力范围。然后，可以在非常大的速度范围内可靠地调节前级泵。

图5示出了用于锁止腔的最小的构造。在图5的示例性实施例中，选择仅具有P51、P52两个真空泵的泵系统作为示例。它们包含公共入口管线，其通过阀门V52与真空腔室50连接。仅有真空泵P52的出口通过止回阀CV51与公共出口51连接。泵P51的出口直接与公共出口51连接。通过其中布置有阀门V51并且从泵P52的出口延伸到泵P51的入口的附加管线52，泵P51在空闲时期可以从两侧对另一个泵P52进行抽气。然而在图5的示例中，泵P51和P52不可以串联连接。

与图5类似，图6示出了用于处理腔的最小的构造。在保持时期，V61打开，使得P62和P61从两侧抽气。在抽出时期，V61关闭，使得处理腔可以在短时间内被抽气。在真空泵系统5和6的两种构造中，另外的泵可以与泵P52和P62并联连接并且相应地运行。

这里描述的解决方法可以实现与两个或者更多个前级泵的组合。泵的相应数量和尺寸可以根据应用自由地调整。与前级泵串联连接的Roots泵对解决方法通常没有影响。因此它们没有在示例中进行说明。

Claims

1.一种真空泵系统(4、5、6)，其具有多个彼此并联连接并且各自在入口侧与腔室(40、50、60)连接的真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)，其具有与所述真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的出口侧连接的出口管线(41、51、61)，以及连接至少一个真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的所述入口侧与所述出口管线(41)的中间管线(42、52)，

其特征在于，

在抽出时期所有真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)为并联连接，并且在空闲时期所述真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)的至少一个的所述入口侧与剩余的真空泵的所述出口侧连接作为前级泵。

2.根据权利要求1所述的真空泵系统，其特征在于，在空闲时期，其入口侧与剩余的真空泵的所述出口侧连接的所述真空泵与所述其他的真空泵串联连接。

3.根据权利要求1或2所述的真空泵系统，其特征在于，所述真空泵的所述出口侧通过止回阀(CV41、CV42、CV43、CV44、CV45、CV51、CV61)与所述出口管线(41、51、61)连接。

4.根据权利要求1至3中任一权项所述的真空泵系统，其特征在于，阀门(V41、V42、V43、V44、V45、V52)布置在每个所述真空泵(P41、P42、P43、P44、P45、P51、P52、P61、P62)之前，并且特别地，另外的阀门(V46、V51、V61)在所述中间管线(42)中布置，用于控制单个真空泵(P41、P42、P43、P44、P45)彼此并联连接或者串联连接。

5.根据权利要求1至4中任一权项所述的真空泵系统，其特征在于，在空闲状态中其入口侧与所述剩余的真空泵的所述出口侧连接的至少一个所述真空泵，并且特别的与其他的真空泵串联连接的真空泵的尺寸小于所述其他的真空泵。